舰载机着舰技术创新与发展

ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新2021年第03期

·5·文章编号：2095－6835（2021）03－0005－05

舰载机着舰技术创新与发展

刘峻豪，石佳伟

（中国飞行试验研究院，陕西西安710000）

摘要：早期平直机翼飞机在直线甲板上，使用“平桨”进场技术。随着喷气式飞机取代螺旋桨飞机，出现了斜

角甲板和镜面光学助降系统、定常下滑道技术。目前舰载机飞行控制主要由两种操纵方式，即人工操纵和自动着

舰。航母上使用的舰载机拦阻装置一般有两种，即阻拦索和拦阻网，现代航母通常使用的都是阻拦索系统。现代

航母装有一套完整的舰载机助降系统，包括着舰指挥官、菲涅耳透镜光学助降系统、全天候电子助降系统等。关键词：舰载机；着舰技术；助降系统；创新发展

中图分类号：V271.492文献标志码：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2021.03.002

1引言

舰载机起降技术是指舰载机在运动的、有限长的航母飞

行甲板上起飞以及回收的过程。就两者来说，舰载机着舰比

起飞难度大的多。自从第一架飞机从航母上起飞后，舰载机

的着舰任务就成了飞机设计师和舰队工作者的挑战。即使在

良好的气候和海况条件下，舰运动、舰机动等不利条件以及

大气紊流都将成为这项作业的难点。舰载机的着舰比陆基飞

机的着陆更具危险性和复杂性，事故率也更高。

所有舰载机飞行试验都会经过陆基试验及舰上试飞两

个阶段，这其中陆基飞行试验是舰载机起降试验的基础，大

量的技术研究和探索工作在陆基试飞场完成。在舰载机阻拦

着舰试飞中采用什么样的试飞技术，如何科学地安排和组织

这两个阶段的试飞工作，从而保证舰载机安全、顺利地完成

试飞工作，是非常关键的问题，航空强国在这方面已经积累

了丰富的技术和经验。2国外舰载机着舰技术的发展

2.1平桨进场技术

飞机在航空母舰上着舰非常特殊，速度和负载有相互矛

盾的要求；在达到适当的低速飞行品质的同时，还应加强飞

机结构，以适应着舰要求。第二次世界大战中使用的螺旋桨

舰载机种类繁多，包括F6F“恶妇”飞机、Corsair“海盗”

飞机、F8F“熊猫”飞机，还有SB2C“俯冲者”轰炸机和Avenger“复仇者”鱼雷攻击机等。平直机翼飞机在直线甲

板上，使用由着舰信号官（LSO）控制的“平桨”进场技术，

也叫“桨式”技术。海上航空开始于20世纪20年代，而这

种着舰方式早在那时起就在美国军舰“兰利”号轻型航母上

使用。

如图1所示，着舰信号官工作于舰尾，站在飞行甲板的

左侧，在航空母舰的左舷两手各拿一面彩色的信号旗，给飞

行员发送设定好的标准信号。飞机以很低的高度在航空母舰左侧顺风飞行，当飞机和舰体舰体龙骨成90°时，飞机开始

逐渐下降转弯，力求在飞机速度、高度和甲板中心之间找到

结合点，就是LSO指挥飞行员快速地收回油门，使发动机

为慢车状态。这种方式的着舰任务完成的好坏和LSO的指挥有很大关系。

图1螺旋桨飞机的着舰方式（二次世界大战期间）“平桨”进场的方式对直线甲板来说是可靠的技术，这

是因为直线甲板着舰区域有限，且未考虑接舰后起飞（touchandgo）的功能（在着舰区域前方停放的飞机和保护性的障

碍物排除了接舰后起飞的功能）。但随着新任务要求的出现，

包括喷气式战斗机等新型飞机的研制成功，“平桨”技术逐

渐暴露其不足。为了满足新要求，需要改变飞机设计，飞机

动力进场速度必须做出很大调整，而提高动力进场速度则显

露出LSO飞行员着舰进场方式的不足。

2.2螺旋桨到喷气式飞机的过渡

在朝鲜战争期间及结束后的一段时期内，由于发动机响

应慢且进场速度高，喷气式飞机着舰经常发生事故。另外，科技与创新┃ScienceandTechnology&Innovation

·6·2021年第03期

来自各方的压力要求建造大型航空母舰，以支持日趋复杂的

海上航空任务。1948年，第一架使用的喷气式舰载机（平直机翼）首

次在所推荐的100～115kn动力进场速度（Vpa）下成功着

舰。采用更长更宽的方式给飞行员对准和高度调整提供了充

足的时间，但着舰速度增加也必然降低LSO和飞行员视觉

交流的实时性，从而影响着舰安全性。FJ-1“狂怒”舰载机和FH-1“鬼怪”I型舰载机如图2

所示，1948年开始服役。喷气式战机加入朝鲜战争（1950

—1953年）时，美国的主要喷气式舰载机F9F“黑豹”、F2H

“女妖”和F3D“天空骑士”都使用平直机翼。实践证明，

这些飞机的性能没有北朝鲜后掠翼飞机的性能好。当时，夜

战则大量使用F4U-5N“海盗”舰载机。

图2FJ-1“狂怒”舰载机和FH-1“鬼怪”舰载机因为发动机响应慢且进场速度高，所以喷气式舰载机着

舰更加危险。实践证明发动机响应在确定着舰安全性方面异

常重要，尤其在进场、复飞和逃逸阶段。F-4“鬼怪”II和A-6“入侵者”系列飞机使用快速响应的涡轮喷气发动机在

进场和着舰阶段有着优异的性能。英国给F-4K安装了斯贝

涡扇发动机后也明显改善了进场时的发动机响应性能和减

小了对下滑道的修正误差。

2.3航母着舰区的发展

早在1950年左右，英国海军就开始探索斜角甲板和镜

面光学助降系统的可能性。美国海军继承了他们的先进思

想，使海上航空事业发生了重大革命，也使得后来发展起来

的高性能、后掠翼和超声速飞机能够更加顺利地着舰。这些

革新应用到具有前三点式起落架的飞机上就使“平桨”技术

落伍了，从而产生了现在的定常下滑道（GS）、恒定迎角

方式的着舰技术。美国海军采用新型着舰技术，不仅是因为

引入了斜角甲板和镜面光学助降系统，而且还考虑到这一技

术会降低飞机的结构负载。图3为直角甲板和斜角甲板的航

母对比。

斜角甲板使着舰区域面积大大增加，方便舰载机较大距

离降落和逃逸。光学助降使用定常下滑道技术，由于照明效

果更好，使偏差信号放大到LSO不能给出的水平。光学助

降和LSO方式一样不能提供量化的信息，但是可以消除LSO

引起的人为误差，同时具有更大的指示范围可使着舰更加

安全。

但是，新技术也不是完美的，20世纪50年代中期使用的这些高性能喷气战斗机（进场速度120～135kn）也显露

出这些新技术的缺点，即和舰上设备不兼容。随着理论研究

的深入和工程实践，海上航空逐渐兴起。因此舰船必须加以

改进，新技术必须发展，现存的和将来的飞机为适应这种完

全不同的着舰方式的要求，在飞机结构、气动布局和推进系统等方面要做大量的改进。

图3直角甲板和斜角甲板对比3现代舰载机的着舰技术

早期，轻型飞机、直机翼飞机、螺旋桨飞机速度在60～90kn且着舰速度很低，可以直接在甲板上降落。随着喷气

式舰载机开始执行海上任务，大型航母执行的海军航空任务

量增大，航母的压力逐渐增大，因此航母上采用了辅助装置

进行辅助着舰。同时对舰载机与航母技术水平的要求提高。

在1950年左右，英国皇家海军发明了斜角甲板和光学助降

系统，使航母的着舰系统的技术水平得到提高。随着自动着

舰系统（ACLS）的引入，舰载机从依靠飞行员的人工操作

实现了完全由计算机自动控制的非常准确的高精度的着舰。

3.1着舰程序及过程

对于一架舰载机，其从进场到最终着舰的流程是：舰载

机按进场队形沿进场小航线逆航母航向平行于航母右舷飞

行，转弯飞跃舰艏，进入三边飞行，放拦阻钩、减速装置和

起落架，严格保持进场速度和高度，最后沿3.5°～4°的下滑

线无平飘最终进场着舰。

着舰后的正常回收方式是：拦阻钩钩住拦阻索，接着在

拦阻发动机作用下吸收舰载机的动能，舰载机被拦阻住。螺

旋桨飞机着舰时应减小油门，着舰下滑时有平飞段。喷气式

飞机着舰时则应保持推力，不减油门；它着舰时一般采用不

拉平着舰方式，可以较准确地落在规定位置。由于喷气式飞

机着舰时无平飘段，使得着舰时下沉率较大，因而要求舰载

机起落架的设计载荷较大。着舰过程如图4所示。

3.2着舰方式

实现舰载机着舰下滑轨迹准确控制，必须由相应的飞行

控制系统来完成，目前舰载机飞行控制主要有两种操纵方

式：人工操纵和自动着舰。

3.2.1人工操纵方式

这一操纵系统主要由增稳系统（SAS）、进场功率补偿ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新2021年第03期

·7·器（APC）和直接力（DLC）三部分组成。增稳系统主要考

虑的是短周期项，而进场功率补偿主要考虑的是长周期项，

即速度阻尼项，用于自动调节舰载机进场速度和高度，使飞

机的着舰速度误差保持在±（3～5）km/h。如图5所示的F/A-18舰载战斗机着舰。

图4着舰示意图

图5F/A-18舰载战斗机着舰3.2.2自动着舰方式

从20世纪60年代开始的自动着舰系统（ACLS）成为

舰载机着舰过程中起主要作用的系统。舰载机从依靠飞行员

个人丰富的驾驶经验及飞机的优秀性能，到完全实现由计算

机自动控制完成着舰，这是技术上的重大突破。ACLS的核

心是控制飞机的飞行高度，以尽可能符合理想下滑道的高度

变化。由于这一控制过程中没有驾驶员的作用，因而对航母

甲板运动的判断需要由甲板运动补偿系统来替代。美国AN/SPN-46型ACLS包含精密跟踪雷达、计算机、数据链发

射器等几部分，设计用于自动控制飞机以自动模式着舰，作

为飞机光学系统的跟踪雷达确定飞机方位，飞机软件完成飞

机直接沿下滑道的逻辑控制、俯仰控制、横向控制，数据链

负责发出指令。

3.3着舰阻拦装置

舰载机在航母的斜甲板上着舰，斜甲板一般长度不超过150～200m，必须采取有效的着舰方法，因此，航母甲板上

装有一套阻拦装置强制舰载机在短距离内迅速减速制动。航

母上使用的舰载机拦阻装置一般有两种：阻拦索和拦阻网。

而现代航母通常使用的都是阻拦索系统。如果着舰时飞机拦

阻钩没有钩住阻拦索，那么还设置一个拦阻网可以使飞机停止前进。

一般航母上阻拦索设置3～5道。阻拦索垂直于斜角甲

板中心线，自甲板尾端50m处开始，向舰艏方向每隔6m

（有些舰间距变化）横设一根钢索，高度距甲板30～50cm，

拦阻索的两端通过滑轮与甲板阻拦索缓冲器相连。舰载机停

止后，阻拦索自动复位，迎接下一架着舰飞机的到来。舰载

机理想的着舰点是第2根与第3根拦阻索中间。

如图6所示，美国的绝大多数航母在斜角甲板上都设有4根阻拦索和1道拦阻网（如小鹰号、尼米兹号等）。

图6美国航母上的4根拦阻索拦阻网是舰载机着舰的一种紧急拦阻装置，用坚韧的尼

龙带制成，横着拉紧在跑道上，网端用钢索固定在金属支架

上。在舰载机拦阻钩故障、燃油耗尽或损伤等紧急迫降情况

下使用。它一般设于第3道阻拦索位置，高约4.5m，略宽

于阻拦索，舰载机撞网后可在50m左右距离内停下。

3.4助降装置

现代航母都装有一套完整的舰载机助降系统，它为飞行

员提供甲板上各种方位和高度的准确信息，保证舰载机在下

滑时轨迹正确，引导舰载机以合适的姿态和速度安全降落在

航母甲板上。1950年以前，着舰指挥官站在航母甲板左端，双手持

旗板打信号语来辅助舰载机着舰。50年代，引入了第一代

光学助降系统——反射式光学助降镜辅助着舰。如图7所

示，它是在甲板上设置一面大曲率的反射镜，从舰艉向镜面

打出灯光，灯光通过镜面反射到空中，给飞行员提供与海平

面称3.5°～4°夹角的光柱。舰载机沿着这条光柱下滑，同时

不断修正误差，使舰载机安全降落在甲板上。20世纪60年代，随着舰载机速度的增加，英国人发明

了更先进的菲涅耳透镜光学助降系统，即第二代助降系统，

它的工作原理与助降镜相似，是在空中提供一个下滑光坡面。20世纪70年代，第三代助降系统面世，这就是以雷达